[发明专利]线性扩束透镜及其制作方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种扩束镜，特别是涉及一种线性扩束透镜及其制作方法。

【背景技术】

在光学系统中，经常会遇到需要将光束尺寸扩大的情况。例如，在光纤通信系统中使用的基于自由空间结构的波长选择开关(Wavelength Selective Switch,WSS)和可调光学滤波器(Tunable Optical Filter,TOF)等光学器件，通常需要使用衍射光栅来进行分光，为了提高光栅的分辨本领，需要将信号光进行线性扩束，使光束横向加宽，纵向不变，横向以覆盖更多的栅格，纵向不增加光栅面积。

图1为目前常用的棱镜扩束系统的结构示意图。请参阅图1，直角棱镜顶角为θ，光线从斜面入射，从直角面出射，选择合适的入射角β，以保证出射光线方向与直角面垂直。

其中，入射光束的半径为ω₁，出射光束的半径为ω₂，棱镜材料的折射率为n，棱镜的扩束比为根据折射定律，通过简单的几何计算，可以得到α的表达式为：

α=cosθcos[arcsin(n·sinθ)]---(1)]]>

入射角β的表达式为：

β＝arcsin(n·sinθ)   (2)

由式(1)可以得到θ与α的关系为：

θ=arcsin(α2-1n2·α2-1)---(3)]]>

对于给定的材料，折射率n是确定的，对于所需要的扩束比，可以根据式(3)计算得到棱镜的顶角值，再由式(2)确定入射角。

然而，传统的棱镜扩束系统存在如下缺陷：

(1)色散较大

事实上，棱镜材料的折射率n是与波长相关的，即材料存在色散。当入射光包含不同波长成分时(例如在波分复用系统中)，不同波长的光出射方向是不一样的，如图2所示，图中λ₀、λ₁、λ₂分别代表三种不同的波长。

在实际使用中，我们通常是保证中心波长的光垂直于直角面出射。设中心波长为λ₀，棱镜材料对它的折射率为n₀，那么对于给定的扩束比α₀，由式(3)得到棱镜顶角θ为：